数域

复数域C的子域

数域是近世 代数 学中常见的概念,指对加减乘除四则运算封闭的代数系统。通常定义的数域是指 复数 域C的子域。数域因为其定义过于广泛,没有太好的性质,在数学中的直接应用很少,经常用到的是它的一些子对象,例如:代数数域,即有理数域的有限扩张,例如有理数域和高斯域。数域的概念有时也被用作 代数数域 的简称,但两者的定义有细微的差别。

定义

数域是指包含于复数域C的域,任何数域都包含 有理数 域Q。数域中包含0与1,并且数域中任两个数的和、差、乘积以及商(除数不为0)都仍在数域中。用 域论 的话语来说,复数域的子域是为数域。任何数域都包括有理数域Q,但并不一定是Q的有限扩张,因此数域不一定是代数数域。例如实数域R和复数域C都不是代数数域。反之,每个代数数域都 同构 于某个数域。

例子

数域因为其定义过于广泛,没有太好的性质,在数学中的直接应用很少,经常用到的是它的一些子对象,例如:

- 代数数域 ,即 有理数 域Q的有限扩张,例如有理数域Q和 高斯 域。

- 阿基米德 局部域,实数域R和 复数 域C,它们是代数数域关于通常的 绝对值 做完备化得到的域。

- 分圆域 ,它是有理数域Q的 射线 类域( ray class field),即所有Q的有限 阿贝尔 扩张均包含在某个分圆域中。它也是代数数域,扩张次数是φ(n)的 欧拉函数 。

除了常见的实数域R和复数域C以外,通过在有理数域中添加特定的 无理数 进行扩张得到的扩域也是数域。例如所有形同:

a+b√2, a,b∈Q的数的集合,就是一个数域。这个集合记作Q(√2),是 有理数 域Q的二次扩域。

可构造数

可构造数也叫规矩数,指的是从给定的单位长度开始,能够通过有限次标准的 尺规作图 步骤做出的长度数值。所有可构造数的集合记为C,是一个数域。C是Q的扩域,次数为无限大,是实数域R的子域。

代数数

代数数指能够成为某个有理系数 多项式 的根的数。所有代数数的集合记作A,是一个数域。A也常被称为 代数数域 ,但与定义为“Q的有限扩张”的代数数域是不同的概念。不过,每个Q的有限扩张生成的域都可看作是Q中加入某个代数数扩成的,所以都是A的子域。可构造数构成的数域C也是A的子域。由于 虚数单位 i也是代数数,所以A不是R的子域。另一方面, 自然对数 的底e以及 圆周率 π都不是代数数,所以R也不是A的子域。